Инженерный журнал: наука и инновацииЭЛЕКТРОННОЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ИЗДАНИЕ
свидетельство о регистрации СМИ Эл № ФС77-53688 от 17 апреля 2013 г. ISSN 2308-6033. DOI 10.18698/2308-6033
  • Русский
  • Английский
Статья

Управление с помощью магнитных моментов ориентацией спутника, движущегося по полярной орбите

Опубликовано: 12.09.2018

Авторы: Морозов В.М., Каленова В.И.

Опубликовано в выпуске: #9(81)/2018

DOI: 10.18698/2308-6033-2018-9-1798

Раздел: Авиационная и ракетно-космическая техника | Рубрика: Динамика, баллистика, управление движением летательных аппаратов

Рассмотрена задача управления с помощью магнитных моментов ориентацией спутника, движущегося по круговой полярной орбите. В качестве модели геомагнитного поля принят прямой магнитный диполь. Система уравнений движения линеаризуется в окрестности положения относительного равновесия. Система уравнений управляемого движения, которая относится к специальному классу линейных нестационарных систем, для которых существует преобразование, приводящее эти системы к стационарным системам большей размерности, указанное в явной форме. На основе приведенной стационарной системы исследована управляемость, построены работоспособные алгоритмы оптимальной стабилизации положения относительного равновесия спутника, для которых управляющее воздействие является функцией переменных стационарной системы более высокого порядка, чем исходная нестационарная система. Для синтеза управления непосредственно в исходной системе введены вспомогательные переменные так, чтобы осуществить переход от вектора состояния приведенной стационарной системы к вектору состояния исходной системы, дополненному вспомогательными переменными. Представлены результаты математического моделирования построенных алгоритмов, подтверждающие эффективность предложенной методики


Литература
[1] Psiaki M.L. Magnetic torque attitude control via asymptotic periodic linear quadratic regulation. Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 2001, vol. 24, no. 2, pp. 386–304.
[2] Lovera M., Astolfi A. Global magnetic attitude control of spacecraft in the presence of gravity gradient. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 2006, vol. 42, no. 3, pp. 796–805.
[3] Lovera M., Astolfi A. Spacecraft attitude control using magnetic actuators. ELSEVIER, Automatica, 2004, vol. 40, iss. 8, pp. 1405–1414.
[4] Silani E., Lovera M. Magnetic spacecraft attitude control: a survey and some new results. Control Engineering Practice, 2005, vol. 13, no. 3, pp. 357–371.
[5] Giulietti F., Quarta A.A., Tortora P. Optimal control laws for momentum-wheel desaturaton using magnetorquers. Journal of Guidance Control and Dynamics, 2006, vol. 29, no. 6, pp. 1464–1468.
[6] Cubas J., Farrahi A., Pindado S. Magnetic attitude control for satellites in polar or sun-synchronous orbits. Journal of Guidance Control and Dynamics, 2015, vol. 38, no. 10, pp. 1947–1958.
[7] De Angelis E., Giulietti F., de Ruiter A.H.J., Avanzini G. Spacecraft attitude control using magnetic and mechanical actuation. Journal of Guidance Control and Dynamics, 2016, vol. 39, no. 3, pp. 564–573.
[8] Yaguang Yang. Controllability of spacecraft using only magnetic torques. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 2016, vol. 52, no. 2, pp. 955–962.
[9] Ovchinnikov M.Y., Roldugin D.S., Ivanov D.S., Penkov V.I. Choosing control parameters for three axis magnetic stabilization in orbital frame. Acta Astronautica, 2015, vol. 116, pp. 74–77.
[10] Овчинников М.Ю., Пеньков В.И., Ролдугин Д.С., Иванов Д.С. Магнитные системы ориентации малых спутников. Москва, ИПМ им. М.В. Келдыша, 2016, 366 с.
[11] Ivanov D.S., Ovchinnikov M.Yu., Penkov V.I., Ovchinnikov A.V. Advanced numerical study of the three-axis magnetic attitude control and determination with uncertainties. Acta Astronautica, 2016, vol. 132, pp. 103–110.
[12] Белецкий В.В. Движение спутника относительно центра масс в гравитационном поле. Москва, Изд-во Моск. ун-та, 1975, 308 c.
[13] Каленова В.И., Морозов В.М. Линейные нестационарные системы и их приложения к задачам механики. Москва, ФИЗМАТЛИТ, 2010, 208 с.
[14] Каленова В.И., Морозов В.М. Приводимость линейных нестационарных систем второго порядка с управлением и наблюдением. Прикладная математика и механика, 2012, т. 76, вып. 4, с. 576–588.
[15] Каленова В.И., Морозов В.М. Об управлении линейными нестационарными системами специального вида. Известия РАН. Теория и системы управления, 2013, № 3, c. 6–15.
[16] Morozov V.M., Kalenova V.I. Linear time-varying systems and their applications to cosmic problems. AIP Conference Proceedings, 2018, vol. 1959, pp. 020–003.
[17] Беллман Р. Введение в теорию матриц. Москва, Наука, 1969, 368 с.
[18] Laub A.J., Arnold W.F. Controllability and observability criteria for multivariable linear second order models. IEEE Transaction on Automatic Control, 1984, vol. AC-29, no. 2, pp. 163–165.